Perda de carga localizada

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Introdução
Quando um fluido qualquer escoa de um ponto para outro no interior de um tubo, haverá sempre uma perda de energia, denominada perda de carga. Esta perda de energia é devida ao atrito do fluido com a superfície interna da parede do tubo e turbulências no escoamento do fluido. Portanto quanto maior for a rugosidade da parede da tubulação ou mais viscoso for o fluido, maior será aperda de energia. Esse trabalho tem o intuito de definir o que é perda de carga localizada em dutos e suas possíveis formas de calcular essas perdas.


















Perda de carga localizada
O escoamento é denominado variado quando o vetor velocidade varia ao longo dos pontos da trajetória, em intensidade ou mesmo em direção. Essas variações ocorrem nosacessórios de uma instalação, nos quais o fluido sofre perturbações bruscas no seu escoamento. Podem ser grandes em trechos relativamente curtos da instalação, como as perdas em válvulas, mudanças de direção, expansões ou alongamentos bruscos, passagens divergentes, obstruções parciais, tê, cotovelos, etc. Todos esses elementos causam variações na velocidade e na pressão em espaços pequenos, quejuntos com o atrito causado pela viscosidade do fluido com o tubo, geram o que se chama de perda de carga.
A perda de carga é divida em distribuída ou localizada, dependendo do motivo que a causa. A perda de carga distribuída são aquelas devido ao fluxo em trechos retilíneos de tubulação, causado pelo atrito entre a viscosidade do fluido e a rugosidade da tubulação, já a perda de carga localizadaocorre em seções onde o conduto sofre uma deformação devido a peças dispostas ao longo do conduto, a perda de carga, e a energia perdida pela a unidade de peso do fluido. Este caso em especial determina a perda de carga em um ponto especifico.
Normalmente a perda de carga distribuída é obtida através de experimento com o uso simultâneo dos processos teóricos. A dificuldade do tratamento teóricodecorre principalmente porque a alteração causada pela singularidade é de longo comprimento no tubo normal, a montante e a jusante. Para facilitar os cálculos adota-se que os efeitos a montante e a jusante acontece na posição da singularidade, e assim, somar os efeitos e adicionar à perda de carga distribuída.
Primeiramente tem-se que caracterizar a área de atrito. Assim, dois métodos surgempara caracterizar o termo da perda de carga localizada: Método do coeficiente de resistência, e Método do comprimento equivalente.
Na primeira, o termo da área característica do escoamento é juntado com o fator de atrito, tendo-se a seguinte expressão:
H A,singularidade=K V²m2g
(Eq. 1)
sendo, K um fator que caracteriza o atrito na singularidade em questão e é um valor tabelado, e éadimensional. Não existe um nome certo para K, podendo ser chamado de fator de atrito, fator de singularidade, fator de acessório, fator de acidente e etc.
Muitas vezes, é interessante expressar o termo de atrito K em função do fator de atrito f em tubos. A ideia é corrigir o fator de atrito obtido para os tubos e expressar a perda de carga como sendo proporcional à perda de carga num trecho reto, ou seja,deseja-se expressar o atrito em função do comprimento de um trecho reto equivalente a mesma perda de carga da singularidade em pauta. Nestes casos, a substituição é feita a partir da definição de um comprimento equivalente ao trecho reto da tubulação e a perda de carga é obtida como na equação (Eq. 2):
H A,singularidade=fLed V²m2g
(Eq. 2)
sendo, f obtido como para o caso de tubulações e Le éum comprimento equivalente, tabelado.
A equação (Eq. 1) é normalmente usada para representar singularidades correspondentes a variações na seção transversal da área de escoamento, como expansões bruscas. A equação (Eq. 2) é mais usada para válvulas, cotovelos, “T”, embora alguns autores também caracterizem valores de K para estes casos.
Para cada singularidade e para cada trecho de duto reto...
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